高中化學(xué) 專題3 溶液中的離子反應(yīng) 第三單元 鹽類的水解 3 溶液中的三個(gè)守恒學(xué)案 蘇教版選修4.doc

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溶液中的三個(gè)守恒 【考點(diǎn)精講】 雖然電解質(zhì)在水溶液中可能發(fā)生電離、水解等多種變化，使各種分子、離子濃度的計(jì)算和比較變得錯(cuò)綜復(fù)雜，但只要抓住“電荷守恒”“元素（物料）守恒”“質(zhì)子守恒”這三個(gè)守恒關(guān)系，進(jìn)行準(zhǔn)確分析，這些問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。 一、電荷守恒 是指溶液中所有陽(yáng)離子所帶的正電荷總數(shù)與所有陰離子所帶的負(fù)電荷總數(shù)相等。即溶液永遠(yuǎn)是電中性的，所以陽(yáng)離子帶的正電荷總量＝陰離子帶的負(fù)電荷總量 1. 溶液必須保持電中性，即溶液中所有陽(yáng)離子所帶的電荷數(shù)等于所有陰離子所帶的電荷數(shù)。 2. 除六大強(qiáng)酸、四大強(qiáng)堿外都水解，多元弱酸部分水解。產(chǎn)物中有分步水解產(chǎn)物。 3. 這個(gè)離子所帶的電荷數(shù)是多少，離子前就寫幾。 例如：Na2CO3：c（Na+）+c（H+）=c（OH－）+c（HCO3－）+2c（CO3 2－） 寫這個(gè)等式要注意兩點(diǎn)： 1. 要準(zhǔn)確判斷溶液中存在的所有離子，不能漏掉。 2. 注意離子自身帶的電荷數(shù)目。 例如： NaHCO3溶液：c（Na＋）+ c（H＋）= 2c（CO32－）+ c（HCO3－）+ c（OH－） NaOH溶液：c（Na＋）+ c（H＋）= c（OH－） Na3PO4溶液：c（Na＋）+ c（H＋）= 3c（PO43－）+ 2c（HPO42－）+ c（H2PO4－）+ c（OH－） 注意： （1）正確分析溶液中存在的陰、陽(yáng)離子是書寫電荷守恒式的關(guān)鍵，需要結(jié)合電解質(zhì)電離及鹽類的水解知識(shí)，尤其是對(duì)多級(jí)電離或多級(jí)水解，不能有所遺漏。如Na2CO3溶液中存在如下電離和水解平衡：Na2CO3= 2 Na+ +CO32－；CO32－+ H2OHCO3－+OH－；HCO3－+H2OH2CO3 +OH－；H2OH++OH－。 所以溶液中陽(yáng)離子有：Na+、H+，陰離子有：CO32－、HCO3－、OH－。 （2）結(jié)合陰、陽(yáng)離子的數(shù)目及其所帶的電荷可以寫出： N（Na+）+N（H+）= 2N（CO32－）+ N（ HCO3－）+ N（OH－） （3）將上式兩邊同時(shí)除以NA得：n（Na+）+n（H+）=2n（CO32－）+ n（HCO3－）+ n（OH－）；再同時(shí)除以溶液體積V得：C（Na+）+C（H+）= 2C（CO32－）+ C（HCO3－）+ C（OH－），這就是Na2CO3溶液的電荷守恒式。 電荷守恒式即溶液中所有陽(yáng)離子的物質(zhì)的量濃度與其所帶電荷乘積之和等于所有陰離子的物質(zhì)的量濃度與其所帶電荷的絕對(duì)值乘積之和。 二、物料守恒 即加入的溶質(zhì)組成中存在的某些元素之間的特定比例關(guān)系，由于水溶液中一定存在水的H、O元素，所以物料守恒中的等式一定是非H、O元素的關(guān)系。 例如： NH4Cl溶液：化學(xué)式中N：Cl=1：1，即得到c（NH4+）+ c（NH3?H2O）= c（Cl－） Na2CO3溶液：Na：C=2：1，即得到c（Na+）= 2c（CO32－+HCO3－+H2CO3） NaHCO3溶液：Na：C=1：1，即得到c（Na+）= c（CO32－）+ c（HCO3－）+ c（H2CO3） 寫這個(gè)等式要注意，把所有含這種元素的粒子都要考慮在內(nèi)，可以是離子，也可以是分子。 物料守恒可以理解為原子守恒的另一種說(shuō)法?！叭我换瘜W(xué)反應(yīng)前后原子種類和數(shù)量分別保持不變”，可以微觀地應(yīng)用到具體反應(yīng)方程式，也就是反應(yīng)物元素原子（核）種類與總數(shù)相等于生成物。 1. 含特定元素的微粒（離子或分子）守恒； 2. 不同元素間形成的特定微粒比守恒； 3. 特定微粒的來(lái)源關(guān)系守恒。 示例：NaHCO3溶液 n（Na）：n（C）=1：1，如果HCO3－沒(méi)有電離和水解，那么Na+和HCO3－濃度相等。 HCO3－會(huì)水解成為H2CO3，電離為CO32－（都是1：1反應(yīng)，也就是消耗一個(gè)HCO3－，就產(chǎn)生一個(gè)H2CO3或者CO32－），那么守恒式中把Na+濃度和HCO3－及其產(chǎn)物的濃度和畫等號(hào)（或直接看作鈉與碳的守恒）： 即c（Na+）= c（HCO3－）+ c（CO32－）+ c（H2CO3）這個(gè)式子叫物料守恒 三、質(zhì)子守恒 這是“追蹤”溶液中H＋（質(zhì)子）的“來(lái)龍去脈”而得到的關(guān)系式。即質(zhì)子守恒就是酸失去的質(zhì)子和堿得到的質(zhì)子數(shù)目相同。 方法一：可以由電荷守恒和物料守恒關(guān)系聯(lián)立得到。 NaHCO3溶液中存在下列等式 c（H+）+c（Na+）=c（HCO3－）+2c（CO32－）+c（OH－）｛電荷守恒｝ c（Na+）=c（HCO3－）+c（CO32－）+c（H2CO3）｛物料守恒｝ 兩式相減得c（H+）+c（H2CO3）=c（CO32－）+c（OH－），這個(gè)式子叫質(zhì)子守恒。 方法二：酸堿質(zhì)子理論 示例1：NaHCO3溶液 原始物種類：HCO3－、H2O 消耗質(zhì)子產(chǎn)物H2CO3，產(chǎn)生質(zhì)子產(chǎn)物CO32－、OH－ c（H+）=c（CO32－）+c（OH－）－c（H2CO3）即c（H+）+c（H2CO3）=c（CO32－）+c（OH－） 關(guān)系：剩余的質(zhì)子數(shù)目等于產(chǎn)生質(zhì)子的產(chǎn)物數(shù)目－消耗質(zhì)子的產(chǎn)物數(shù)目 直接用酸堿質(zhì)子理論求質(zhì)子平衡關(guān)系比較簡(jiǎn)單，但要細(xì)心；如果用電荷守恒和物料守恒關(guān)系聯(lián)立得到則比較麻煩，但比較保險(xiǎn)。 示例2：NaH2PO4溶液 原始物種類：H2PO4－，H2O 消耗質(zhì)子產(chǎn)物：H3PO4， 產(chǎn)生質(zhì)子產(chǎn)物：HPO42－（產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)子），PO43－（產(chǎn)生兩個(gè)質(zhì)子），OH－ 所以：c（H+）=c（HPO42－）+2c（PO43－）+c（OH－）－c（H3PO4） 【典例精析】 例題1 寫出K3PO4溶液中存在的物料守恒關(guān)系式___________________。 思路導(dǎo)航：在K3PO4溶液中，PO43－部分水解成HPO42－、H2PO4－、H3PO4，其物料守恒關(guān)系式為：c（K+）＝3[c（PO43－）+ c（HPO42－）+ c（H2PO4－）+ c（H3PO4）]＝3c（PO43－）+ 3c（HPO42－）+ 3c（H2PO4－）+ 3c（H3PO4） 答案：c（K+）＝3c（PO43－）+ 3c（HPO42－）+ 3c（H2PO4－）+ 3c（H3PO4） 例題2 寫出K3PO4 溶液中存在的質(zhì)子守恒關(guān)系式___________________。 思路導(dǎo)航：在K3PO4溶液中，PO43－結(jié)合一個(gè)質(zhì)子成為HPO42－、結(jié)合兩個(gè)質(zhì)子成為H2PO4－、結(jié)合三個(gè)質(zhì)子成為H3PO4，而水失去一個(gè)質(zhì)子成為OH－， 因此質(zhì)子守恒的關(guān)系式是：c（OH－）＝ c（H+）+ c（HPO42－）+ 2c（H2PO－）+ 3c（H3PO4） 答案：c（OH－）＝ c（H+）+ c（HPO42－）+ 2c（H2PO－）+ 3c（H3PO4） 例題3 在0.1 mol/L Na2CO3溶液中，下列等量關(guān)系正確的是（） A. c（OH－）＝ c（H+）+ c（HCO3－）+ c（H2CO3） B. 2c（Na+）＝ c（CO32－）+ c（HCO3－）+ c（H2CO3） C. c（Na+）+ c（OH－）＝ c（H+）+ 2c（CO32－）+ 3c（HCO3－）+ 4c（H2CO3） D. c（Na+）+ c（H+）＝c（HCO3－）+ c（CO32－）+ c（OH－） 思路導(dǎo)航：由質(zhì)子守恒知：A項(xiàng)正確的是c（OH－）＝ c（H+）+ c（HCO3－）+ 2c（H2CO3），由物料守恒知：B項(xiàng)正確的是c（Na+）＝ 2c（CO32－）+ 2c（HCO3－）+ 2c（H2CO3）， 由質(zhì)子守恒和物料守恒聯(lián)合推出C項(xiàng)正確， 由電荷守恒知：D項(xiàng)正確的是c（Na+）+ c（H+）＝c（HCO3－）+ 2c（CO32－）+ c（OH－）。 答案：C 【總結(jié)提升】 快速書寫質(zhì)子守恒的方法： 第一步：確定溶液的酸堿性，溶液顯酸性，把氫離子濃度寫在左邊，反之則把氫氧根離子濃度寫在左邊。 第二步：根據(jù)溶液能電離出的離子和溶液中存在的離子，來(lái)補(bǔ)全等式右邊。具體方法是，判斷溶液能直接電離出的離子是什么。然后選擇能電離產(chǎn)生氫離子或者水解結(jié)合氫離子的離子為基準(zhǔn)，用它和它電離或者水解之后的離子（這里稱為對(duì)比離子）做比較，是多氫還是少氫，多N個(gè)氫，就減去N倍的該離子（對(duì)比離子）濃度。少N個(gè)氫離子，就加上N倍的該離子（對(duì)比離子）。 如碳酸氫鈉溶液（NaHCO3）顯堿性，所以把氫氧根離子濃度寫在左邊。首先，判斷出該溶液直接電離出的離子是鈉離子和碳酸氫根，而能結(jié)合氫離子或電離氫離子的是碳酸氫根。其次，以碳酸氫根為基準(zhǔn)離子（因?yàn)樘妓釟溻c直接電離產(chǎn)生碳酸氫根和鈉離子，而鈉離子不電離也不水解。）減去它電離之后的離子濃度，加上它水解生成的離子濃度。便是： c（OH－）=c（H2CO3）－c（CO32－）+c（H+） 例題1（廣東理綜）對(duì)于0.1 molL－1的Na2SO3溶液，下列選項(xiàng)正確的是（） A. 升高溫度，溶液pH降低 B. c（Na＋）＝2c（SO）＋c（HSO）＋c（H2SO3） C. c（Na＋）＋c（H＋）＝2c（SO）＋2c（HSO）＋c（OH－） D. 加入少量NaOH固體，c（SO）與c（Na＋）均增大 思路導(dǎo)航：溶液中存在亞硫酸根離子的水解平衡和水的電離平衡，溫度升高，鹽的水解程度增大，pH增大，A錯(cuò)誤；B項(xiàng)是物料守恒，但鈉離子的濃度是后面三種離子濃度和的2倍，故錯(cuò)誤；C項(xiàng)是電荷守恒，亞硫酸氫根離子濃度不能乘以2；D項(xiàng)加入氫氧化鈉，鈉離子濃度增大，氫氧根離子的濃度增大，亞硫酸根離子的水解平衡左移，亞硫酸根離子的濃度也增大。 答案：D 例題2（全國(guó)卷）用0.10 molL－1的鹽酸滴定0.10 molL－1 的氨水，滴定過(guò)程中不可能出現(xiàn)的結(jié)果是（） A. c（NH4+）＞c（Cl－），c（OH－）＞c（H+） B. c（NH4+）＝c（Cl－），c（OH－）＝c（H+） C. c（Cl－）＞c（NH4+），c（OH－）＞c（H+） D. c（Cl－）＞c（NH4+），c（H+）＞c（OH－） 思路導(dǎo)航：溶液中不可能出現(xiàn)陰離子均大于陽(yáng)離子的情況，不遵循電荷守恒，故C項(xiàng)錯(cuò)。 答案：C